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Chemical Society Reviews：基于共价交联的LbL多层膜的专题综述
传统的交替层状组装（LbL）技术主要利用构筑基元间的静电相互作用、氢键、配位键等弱超分子相互作用构筑多层膜，由于具有操作简便、可控性高、适用范围广等优点，广泛用于分离膜、传感器、药物控释、生物表面等领域。然而，弱超分子相互作用导致多层膜的稳定性不高，构筑基元间缺乏较为牢固的结合力，导致多层膜在较为严苛的条件下（如高离子强度、强酸、强碱、氧化还原剂等）会遭到破坏，从而限制了多层膜的进一步应用。针对这一问题，许多研究者致力于发展稳定聚台物多层膜的方法，其主要的思路是将层间-层内的弱相互作用转变为较为稳定的共价键作用，从而提高多层膜的稳定性。目前的主要研究方法可分为后处理策略制备共价交联多层膜和基于连续共价组装制备稳定的多层膜。
近日，北京化工大学的石峰教授和中国地质大学（北京）的安琪副教授合作，在化学领域权威期刊Chemical Society Reviews在线发表了题为“Covalent layer-by-layer films: chemistry, design, and multidisciplinary applications”的综述文章，文中对基于共价作用的多层膜的发展历史、现状及应用前景做出了全面详实的总结，并对其未来的发展方向和面临的挑战进行了深入的思考和前瞻性展望。
论文首先对交替层状自组装（LbL）的发展历史进行了简要的回顾，系统总结了通过化学策略实现共价组装多层膜的制备，解析并对比了与传统非共价组装多层膜相比的优、缺点；然后分小节详细地介绍了后处理策略制备共价交联多层膜和基于连续共价组装制备多层膜的方法及两者之间的差异。在后处理策略制备共价交联多层膜方面，首先，构筑基元之间通过非共价相互作用层层组装成多层膜；其次，在一定的反应条件下（如紫外光辐照、加热等）引发基团间的反应，从而将多层膜交联起来，以此实现稳定多层膜的制备。在连续共价组装制备稳定多层膜方面，每个双层构筑基元之间依赖于特定的反应基团，在一定的反应条件下实现共价组装，从而制备稳定的多层膜。这些研究工作在制备稳定的层状组装膜方面取得了一些进展，为推进交替层状组装技术的产业化做出了突出贡献。在此基础上，稳定性多层膜的应用价值在更大范围内得以体现。例如，在生物材料领域，生物活性分子能够在超分子作用下通过交替层状组装形成多层膜而固定在材料表面，从而有效改善材料表面的生物相容性。通过进一步调控多层膜的组装基元和成膜条件，具有抗血栓、抗菌、促进细胞粘附等生物应用功能的多层膜也得到了广泛的研宄。在药物控制释放方面，多层膜体系能够作为药物载体，实现对模型药物分子的负载和控制释放，主要基于两方面的原因，其一是交替层状组装得到的多层膜从微观结构的层面可以等效为一种薄膜凝胶，药物分子通过超分子作用逐层负载在层间，然后在适当的洗脱溶液中释放出来；其二是利用交替层状组装构筑基元多样化的特点，将药物载体分子作为组装基元引入到多层膜中，进而将药物分子吸附到载体分子内部。最后，文章对共价交联的稳定多层膜当前面临的挑战和未来的发展，尤其是对如何通过化学交联方法和表征手段有效实现目标多层膜的制备、表征及特定应用等方面进行了分析和展望。
近年来，石峰教授课题组和安琪副教授以LbL为手段，将化学交联方法用于聚合物多层膜、聚合物/纳米粒子复合多层膜等多种多层膜体系的稳定化，并可用于制备表面分子印迹多层膜，探索了其在生物医用材料领域的应用潜能。如通过光交联反应实现稳定多层膜的制备（Langmuir, 2012, 28, 7096; J. Mater. Chem. B, 2015, 3, 562; J. Phys. Chem. C, 2014, 118, 20357; J. Mater. Chem. A, 2013, 1, 11329）；利用稳定的多层膜图案化表面化学组装导致的表面物理化学性质的差异，成功实现了小分子染料亚甲基蓝在图案化表面的选择性吸附（Adv. Mater., 2002, 14, 805）；通过PAH-Por复合物与PAA间的静电相互作用制备了PAH-Por／PAA多层膜，之后采用后渗透光化学交联的方法制备了以卟啉(Por)为模板分子的表面分子印迹多层膜（ACS Appl. Mater. Interfaces, 2013, 5, 8308）；此外，还利用光交联技术制备具有生物相容性的稳定的聚电解质多层膜，并将其应用于细胞增殖（J. Mater. Chem. B.,2017, 5, 375）。
该论文作者为：Qi An, Tao Huang and Feng Shi Covalent layer-by-layer films: chemistry, design, and multidisciplinary applications Chem. Soc. Rev., 2018, 47, 5061, DOI: 10.1039/C7CS00406K
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发表于 2018-9-17 08:08:57
